DERLEME / REVIEW
23
https://doi.org/10.31067/0.2020.239 ACU Sağlık Bil Derg 2020; 11(1):23-26
İletişim:
Prof. Dr. Uğur Gönlügür
Çanakkale 18 Mart Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Göğüs Hastalıkları Anabilim Dalı, Çanakkale, Türkiye
Tel: +90 532 656 32 08 E-Posta: gonlugur@gmail.com
Gönderilme Tarihi : 04 Temmuz 2018 Revizyon Tarihi : 11 Ekim 2018 Kabul Tarihi : 14 Ekim 2018
1Çanakkale 18 Mart Üniversitesi, Tıp Fakültesi, Göğüs Hastalıkları Anabilim Dalı, Çanakkale, Türkiye
2Çanakkale Devlet Hastanesi, Göğüs Hastalıkları Bölümü, Çanakkale, Türkiye
Uğur Gönlügür, Prof. Dr.
Tanseli Gönlügür, Uzm. Dr.
Asid Baz Dengesinde Akciğerlerin Rolü
Uğur Gönlügür1 , Tanseli Gönlügür2
ÖZET
Bu derlemenin amacı asid-baz dengesinde akciğerlerin rollerinin anlaşılması için yeni bir bakış açısı kazandırmak- tır. Asid-baz bozukluklarının tanısını koyup tedavi etme yeteneği yoğun bakım pratiğinin önemli bir bileşenidir.
Hücrenin metabolizması ve fonksiyonu için pH düzenlenmesi kritiktir. Vücudda asid-baz dengesinin düzenlenme- sinde akciğerler, böbrekler ve kompleks bir tampon sistemi görev almaktadır. Akciğerlerin asid-baz dengesindeki temel rolü arter PCO2 düzeyini düzenlemektir. Akciğerlerin CO2 yi hızla uzaklaştırma yeteneği vücuttaki tüm diğer tampon sistemlerinden iki kat daha fazla bir tamponlama kapasitesine sahiptir.
Anahtar sözcükler: Asid-baz dengesi, asid-baz dengesizliği, solunumsal asidoz
THE ROLE OF THE LUNGS IN ACID-BASE BALANCE ABSTRACT
This review aims to give a new perspective on understanding the roles of the lungs in acid-base balance. The ability to diagnose and treat acid-base disorders is an important component in the practice of intensive care. PH regulation is critical for cell metabolism and function. The maintenance of acid-base homeostasis in the body involves the lungs, the kidneys, and a complex system of buffers. The principal function of the lungs in acid-base equilibrium is to regulate PaCO2. The ability of the lungs to quickly eliminate CO2 provides a buffering capacity two times greater than that of all other buffering components in the body.
Keywords: acid-base equilibrium, acid-base imbalance, respiratory acidosis
G
öğüs Hastalıkları uzmanlığında yoğun bakım yan dal uzmanlık alanı haline geldikten sonra akciğerlerin metabolik görevlerine olan ilgi de artmaktadır.Bu makalenin yazılmasının amacı göğüs hastalıkları uzmanlarına akciğerle- rin asid-baz dengesindeki rollerini hatırlatmaktır. Solunum sistemi pH değişiklikleri- ne ilk yanıt veren sistemdir. Ventilasyon hız ve derinliğindeki değişmeden önce bile tampon sistemleri asid-baz dengesini korumaya çalışırlar. Dokularda biriken CO2 asit ortam yaratınca eritrosit içinde karbonik anhidraz enzimi karbonik asit üzerinden bikarbonat ve (H+) üretir. Oluşan (H+) hemoglobine bağlanırken bikarbonat eritrosit dışına atılır. Negatif yüklü bikarbonat hücre dışına atılırken klorür de eritrosit içine girer. Akciğerlerde de bunun tersi gerçekleşir. Buna klorür kayması denilmektedir.
Hemoglobindeki histidin rezidüleri tamponlanmada görevlidir (1).
Hidrojen iyonu
Hidrojen atomu nötron içermediğinden elektronunu kaybetmiş hidrojene (H+) proton denilmektedir. İnsan vücudunda protonların çoğu su ile tepkimeye girerek
Asid Baz Dengesinde Akciğerler
24 ACU Sağlık Bil Derg 2020; 11(1):23-26
hidronyum (H3O+, H5O2+, H7O3+) iyonlarını oluşturur. Bu ne- denle plazmada az miktarda iyonize hidrojen [H+] vardır.
Plazma proteinlerinin anyonik etkisi nedeniyle (Gibbs- Donnan etkisi) interstisyel sıvıda plazmaya göre daha dü- şük [H+] vardır. Diğer yandan albümin gibi plazma prote- inleri H+ bağlayarak tampon gibi davranırlar. Buna karşın plazmada [H+] 40 nmol/L iken hücre içinde 160 nmol/L düzeyindedir. Hücre içi pH 7.2 civarındadır (2). Plazma pH‘ın 7.4‘den 7.7‘ye çıkması demek [H+] 40 nmol/L‘den 20 nmol/L‘ye düşmesi demektir (Tablo 1).
Düşük molekül ağırlığı ve reaktif özelliği nedeniyle (H+) vücut sıvılarına kolayca penetre olur. Proteinlere (hemog- lobin gibi) bağlanarak moleküler konfigürasyon değişik- liklerine ve bazı enzim aktivitelerinde değişikliğe yol açar.
Tampon sistemleri
Henderson-Hasselbalch denklemi pH = pK + log [A-]/[HA]
incelendiğinde pH = pK olması durumunda (log 1 = 0 ) çö- zünmüş asidin [A-] çözünmemiş aside [HA] oranı 1 olacak- tır. Bu oran ise çözeltiye gelecek asid veya alkali maruzi- yetini en iyi şekilde tamponlayacak kapasitede olduğunu göstermektedir. Bu nedenle ideal bir tampon sisteminin pK değerinin 7.4‘e yakın olması gerekir. Fosfat tampon sisteminin (ATP, ADP, AMP gibi organik fosfatlar veya di- sodyum hidrojen fosfat gibi inorganik fosfatlar) pK değeri 6.8 iken [HCO3-] yani bikarbonatın pK değeri 6.1‘dir. Ancak fosfat tampon sistemi düşük konsantrasyonda olduğu için hücre dışında gücü çok azdır. İnterstisyel sıvının asit tam- ponlama yeteneğinin %90‘nından, plazmanın ise %75‘in- den [HCO3-] sorumludur. Fosfat tampon sistemi eritrosit içi tamponlamanın %10‘unu gerçekleştirir iken diğer hüc- relerde %50‘ye yakın bir görev üstlenmektedir. Hücre içi tampon sistemleri olan fosfat ve protein sistemleri vücu- dun kimyasal tamponlarının %75‘ni oluştururlar (2).
Karbon dioksit (CO2) kimyada “asit anhidr” yani susuz asit adıyla bilinir. Çünkü suyla birleştiğinde karbonik asit (H2CO3) gibi bir asit oluşturmaktadır. Plazmadaki CO2 kon- santrasyonu karbonik asidin 400 katı olduğu için bikarbo- nat sistemi için Henderson-Hasselbalch denklemi pH = pK + log [HCO3-]/[CO2] şeklinde yazılmaktadır. Bu durumda 7.4 = 6.1 + log 24/(PaCO2 x 0.03) olacaktır. Plazma pH normal sınırlarda tutulabilmesi için [HCO3-]/PaCO2 %60 olmalıdır. [H+] belirleyen ana faktör [HCO3-]/PaCO2‘dür.
İnsan vücudundaki en önemli tampon sistemi bikarbonat tampon sistemidir. Çünkü tamponlama kapasitesi en fazla olandır ve bu sistemin komponentleri (PaCO2 ve HCO3) hem akciğer hem de böbrek tarafından düzenlenebilmek- tedir (2). Böbrekler bikarbonatı üretebilir, geri emebilir ve
atabilir. Diyetteki asitler veya vücudumuzda üretilen asit- ler bikarbonatı tüketirler. Batı tipi hayvansal proteinden zengin diyet alanlar 1 mEq/kg asit (sülfirik asit, fosforik asit gibi) üretirler. Diyetle alınan sülfür içeren proteinlerin ok- sidasyonu sonucu sülfirik asit oluşmaktadır. Bu tür asitler volatil olmadıklarından laktik asit ve ketoasitler ile böbrek- ten atılmak zorundadır. Böbrekler günde en fazla 750 mEq asit atabilme kapasitesine sahip iken akciğerler günde 12.000 mEq CO2 atmaktadır. Bu da akciğerlerin asid-baz dengesindeki önemini göstermektedir.
Böbreklerin rolü
Glomerüler filtrasyona uğrayan bikarbonatın tamamı böbrekler tarafından emilir. Bu emilim %80 proksimal tübüllerde gerçekleşir. Bu yüzden idrarda hemen hiç bi- karbonat yoktur. Proksimal tübülün lümene bakan apikal yüzündeki Na/H değiştiren pompa lümene H+ atarken Na+ emer. Lümene geçen H+ bikarbonat ile tepkimeye girer, oluşan CO2 epitel hücresine girer. Epitelin içine giren CO2 karbonik anhidraz enzimi ile bikarbonat ve (H+)‘e dönüşür.
Böylece bikarbonat emilimi sağlanmış olur. Oluşan H+ ise lümene atılmak üzere tekrar Na/H değiştiren pompaya gönderilir. Bikarbonat Na+ ile beraber kana gönderilir (2).
Bikarbonat emilimini etkileyen önemli bir faktör de eks- trasellüler sıvı hacmıdır. Ekstrasellüler sıvı hacmı azalmış ise proksimal tübülden hem bikarbonat hem Na+ emilimi artar. Hastaya bol izotonik (%0.9 NaCl) salin sıvı verdiğimi- zi düşünelim. Izotonik (%0.9 NaCl) salin solüsyonunun pH 5.5 civarıdır (3). Bunun bir nedeni atmosferdeki CO2 ga- zının solüsyon içinde çözünmesidir. Bol (%0.9 NaCl) salin sıvı verdiğimizde hem sıvının pH‘ının asit olmasından hem kandaki bikarbonatı dilüe ettiğimizden hem de ekstrasel- lüler sıvı hacmini arttırarak böbrekten bikarbonat emi- limini azalttığımız için metabolik asidoza neden oluruz.
Tablo 1. pH ile [H+] arasındaki ilişki
pH [H+] nanomol/L
7.8 16
7.7 20
7.6 26
7.5 32
7.4 40
7.3 50
7.2 63
7.1 80
7.0 100
6.9 125
6.8 160
Gönlügür U ve Gönlügür T
25
ACU Sağlık Bil Derg 2020; 11(1):23-26
İzotonik sıvı bilindiği üzere plazma ile aynı ozmolaliteye sahip sıvı demektir. Normal düzeyi 280-295 mOsm/kg.su civarıdır ve pratikte plazma sodyum konsantrasyonunun 2 katı gibidir. Mesela %0.9 NaCl, %5 glukoz, %10 mannitol ve %20 üre solüsyonları izotoniktir (1).
Adrenerjik agonistler, anjiyotensin II, hiperkalsemi proksi- mal tübülden bikarbonat emilimini arttırır (2). Proksimal tübül epitelinin gözenekli yapısına karşın distal tübül epiteli iyonlara karşı geçirgen değildir ve aktif hidrojen pompaları vardır. Kan pH 7.4 iken lümen pH‘ı 5 civarında tutulabilir. Net asit kaybının olabilmesi için böbrek tü- bülünün içindeki [H+]‘nin [HCO3-] dışındaki bir tampon ile nötralize edilmesi gerekir. Çünkü bikarbonat ile tam- ponlandığında oluşan CO2 lümenden tübül hücrelerine girmektedir. Lümenin içindeki fosfat ve amonyak bu açı- dan önemlidir. Çünkü amonyak (NH3) ile [H+] arasındaki tepkime sonucu oluşan amonyum (NH4+) lümenden ge- çemez. Proksimal tübül hücrelerinde glutamin, glutamat ve amonyağa dönüşür. Glutamat ise amonyak ve alfa-keto glutarata dönüşür. Alfa-keto glutarat ise karaciğerde bi- karbonata dönüşür. Diğer yandan oluşan her bir NH4+ için bir HCO3- üretilir. Kortikosteroidler amonyum ve net asit atılımını arttırırlar (2). Bu nedenle asidoz olduğunda yanıt olarak kortikosteroid düzeyleri yükselir. NH3/NH4+ etki- li bir fizyolojik tampon değildir. Çünkü pK değeri 9.2‘dir.
Dolayısıyla fizyolojik pH’da NH3‘ün büyük kısmı NH4+ şek- linde bulunur. Asetazolamid, karbonik anhidraz enzimini inhibe ederek böbreklerden bikarbonat emilimini bozar ve metabolik asidoz oluşturur (1).
Solunumsal asidoz ve alkaloz
PaCO2 deniz seviyesinde normal değeri 40 mmHg‘dır.
Venöz kanda PCO2 46.5 mmHg civarındadır (4). Akut so- lunumsal asidozda PaCO2‘deki 10 mmHg artış pH‘da 0.08 düşme yaparken kronik solunumsal asidozda böbrek kompanzasyonu nedeniyle 0.03 düşme yapar. Akut solu- numsal asidozda her 10 mmHg PaCO2 artışına 1 mmol/L bikarbonat artışı beklenirken kronik solunumsal asidozda 3-4 mmol/L bikarbonat artışı olmaktadır (5).
Akut solunumsal alkalozda PaCO2‘deki 10 mmHg azalma pH‘da 0.08 artma yaparken kronik solunumsal alkalozda böbrek kompanzasyonu nedeniyle 0.03 artma yapar. Akut solunumsal alkalozda her 10 mmHg PaCO2 azalışına 2 mmol/L bikarbonat düşüşü beklenirken kronik solunum- sal alkalozda 5 mmol/L bikarbonat düşüşü olmaktadır (5).
Solunumsal olaylarda beklenen bikarbonat düzeyi için Tablo 2 kullanılabilir.
Tablo 2. Solunumsal olaylarda beklenen bikarbonat düzeyi PaCO2‘deki her 10 mmHg
değişiklikte HCO‘deki
mmol/L değişim
Akut Kronik
Solunumsal asidoz
Solunumsal alkaloz
Metabolik asidoz
Metabolik asidoz saptandığından etiyolojisinin aydın- latılması açısından anyon açığına (anion gap) bakmak gerekir. Anyon olarak klor ve bikarbonat düzeyleri top- lanıp plazma sodyum düzeyinden çıkartılır. Normal dü- zeyi 12±4 mEq/L‘dür. Anyon açığı yüksek ise metabolik asidozun nedeninin volatil olmayan asit üretimine (keto- asidoz, laktik asidoz, intoksikasyonlar, böbrek yetmezli- ği) bağlı olduğu düşünülür. Anyon açığı normal çıkan bir olguda metabolik asidozun bikarbonat tüketimine (izo- tonik salin infüzyonu, diyare, asetazolamid) bağlıdır (5).
Albümindeki 1 g/dL düşme anyon açığında 2.5 mEq/L azalmaya neden olur.
Metabolik asidozda beklenen solunumsal kompanzasyo- nun olup olmadığını anlamak için Winter formülü kullanı- lır: Beklenen PaCO2 = (1.5 x serum bikarbonat) +8±2.
Mesela pH 7.28 ve bikarbonat 12 mmol/L olan birinde beklenen PaCO2 (1.5 x 12) + 8 = 26 mmHg olmalıdır.
Ekstrasellüler sıvı vücut ağırlığının %30‘u kadar kabul edildiğinden metabolik asidoz (pH<7.1) olan birine veri- lecek bikarbonat hesaplanırken 0.3 x vücut ağırlığı x (baz açığı) formülü kullanılır. Mesela 70 kg olan birisinde baz fazlası -10 mEq/L gelmişse 70 x 0.3 x 10 = 210 mEq açık vardır. Pratikte bu bikarbonatın yarısı verildikten sonra hasta yeniden değerlendirilir. Metabolik asidozun tedavi- sinde bikarbonat infüzyonunun yeri tartışmalıdır. Ancak pH<7.10 olanlarda zaman kazanmak amacıyla yapılabilir.
Bikarbonat ampül verildiğinde intrasellüler asidoz yapar, sodyum yükü nedeniyle ekstrasellüler sıvı artar, hipokalse- mi yapabilir. Daha önceki satırlarda plazma proteinlerinin tampon gibi davranabildikleri ifade edilmişti. Metabolik asidoz olunca artan H+ proteinlere bağlanırken proteine bağlanmış kalsiyumu atar. Bu nedenden dolayı metabo- lik asidoz durumlarında iyonize kalsiyum artmaktadır (2).
Böbrek tübüllerinde potasyum ve hidrojen iyonu aynı mekanizma ile atıldığından asidoz ile hiperkalemi birlik- teliği sıktır. Asidozda hücre içi [H+] artınca potasyum hücre dışına çıkar. Bu nedenle asidoz düzeltilirken de tersi ola- cağından bikarbonat tedavisi sonrası hipokalemiye dikkat
Asid Baz Dengesinde Akciğerler
26 ACU Sağlık Bil Derg 2020; 11(1):23-26
edilmelidir. Diğer yandan her metabolik asidoz bikarbo- nat tedavisi gerektirmez. Diyabetik ketoasidoz ise insülin kullanılır. Böbrek yetmezliği olan birisine ise bikarbonat vermek volüm fazlalığına neden olup kişinin akciğer öde- mine girmesine neden olabilir. Laktik asidoz olgusunda pH<7.20 ise kateşolamin yanıtı düşeceği için bu olguların renal replasman tedavisi açısından değerlendirilmesi ge- rekir. Ağır metabolik asidoz olgularında bikarbonat pre- kürsörü olan asetat paranteral infüzyonla verilebilir (1).
Metabolik alkaloz
Metabolik alkalozda bikarbonattaki her 1 mmol/L‘lik artış için PaCO2 0.7 mmHg artar. Mesela pH 7.52 ve bikarbonat 34 mmol/L olan birinde beklenen PaCO2= 40 + 0.7 (34-24)
= 47 mmHg ise solunumsal kompanzasyon gerçekleşmiş demektir. Metabolik alkaloz genellikle %0.9 NaCl infüzyo- nu tedavisine iyi yanıt verir. Bazı olgularda asetat içeren paranteral nütrisyon nedeniyle metabolik alkaloz gelişmiş olabilir. Metabolik alkalozun tedavisinde asetazolamid ve- rilebilir (1).
Venöz kan gazı
Hizmet hastanelerinde arter kan gazı örneğinin alınması çoğu zaman hemşireler tarafından yapılmaktadır. Ancak bu konuda hukuki bir boşluk mevcuttur. Uzman doktorun yoğun iş yükü altında olduğu bir ortamda hemşireler arter kan örneği almayı ret ederler ise hastayı venöz kan gazı ile takip etmek zorunda kalınabilir. Venöz pH artere göre 0.03-0.05 daha düşük, venöz PCO2 artere göre 6-10 mmHg daha yüksek, bikarbonat ise vende 2 mEq/L daha yüksek bulunmuştur (6,7). Venöz kan gazı PaO2 konusunda fikir ve- remeyeceği için bu hastalara puls oksimetre takibi yapmak gerekecektir. Puls oksimetrede satürasyon %90‘nın üzerin- de ise doğruluğu yeterlidir. Eğer %80‘nin altına düşmüş ise doğruluğu güvenilir değildir. Puls oksimetre probu 660 nm (kırmızı) ve 940 nm (infrared) dalga boylarında 2 ışık saça- rak oksihemoglobin ve redükte hemoglobini algılamayı he- defler (8). Methemoglobinemi ve karboksihemoglobinemi durumlarında parmak ucu SpO2 yüksek olup da arter kan gazında SaO2 düşük çıkmaktadır. Periferik hipoperfüzyon, kardiyak aritmiler, pigmentasyon ve yüksek düzeyde löko- sitoz ile trombositoz puls oksimetre sonuçlarını etkiler.
Kaynaklar
1. Ayers P, Warrington L. Diagnosis and treatment of simple acid-base disorders. Nutr Clin Pract 2008; 23:122-7. [CrossRef]
2. Hamm LL, Nakhoul N, Hering-Smith KS. Acid-Base Homeostasis. Clin J Am Soc Nephrol. 2015; 10:2232-42. [CrossRef]
3. Reddi BAJ. Why Is Saline So Acidic (and Does It Really Matter?). Int J Med Sci. 2013; 10: 747–50. [CrossRef]
4. Karalezli A. Arter kan gazları. Turkish Medical Journal 2007; 1: 44-50 5. Aygencel G. Arter kan gazlarının yorumlanması. Arch Turk Soc
Cardiol 2014; 42: 194-202 [CrossRef]
6. Bakoğlu E, Kebapçıoğlu AS, Ak A, Girişgin AS, Zararsız İ. Acil serviste periferik venöz kan gazının arter kan gazı yerine kullanılabilirliğinin araştırılması. Eur J Basic Med Sci 2013; 3: 29-33
7. Dilber H, Polat G, Büyükşirin M, Polat SK, Tibet G. Akut solunum yetmezliği olan KOAH‘lı olgularda arteryel ve venöz kan gazı örneklerinin karşılaştırılması. İzmir Göğüs Hastanesi Dergisi 2005;19:7-13
8. Mutlu GM, Sznajder JI. Pseudohypoxemia: interpretation of discrepancies between SaO(2) and SpO(2). Tuberk Toraks.
2005;53:185-9
